Projets de Recherche

Objectif Principal

Le projet vise à améliorer la sûreté de fonctionnement des systèmes industriels et à optimiser la qualité de l’énergie grâce à l’intégration de l’Internet des Objets (IoT). Il combine la surveillance en temps réel, le diagnostic automatisé et le développement de solutions tolérantes aux pannes pour renforcer la fiabilité et l’efficacité des systèmes industriels.

Approche et Méthodologie

• Surveillance et Collecte de Données :
  • Utilisation de l’IoT pour l’acquisition et le partage de données via des bases de données mutualisées.
  • Automatisation de la collecte, du traitement et du diagnostic dans divers secteurs (industrie, énergie, traction électrique, etc.).
• Solutions Tolérantes aux Défauts :
  • Conception de convertisseurs de puissance tolérants aux pannes pour des applications variées (solaire, éolien, hydraulique, réseau électrique, etc.).
  • Réduction de la dépendance aux importations grâce au développement local de ces technologies.
• Audit Énergétique en Temps Réel :
  • Analyse des données pour évaluer la qualité de l’énergie (harmoniques, puissance réactive, pertes ohmiques).
  • Optimisation de la consommation d’énergie et prolongation de la durée de vie des équipements.

Impacts et Résultats Attendus

• Amélioration de la Fiabilité : Surveillance proactive et solutions tolérantes aux pannes pour réduire les temps d’arrêt et les coûts de maintenance.
• Optimisation Énergétique : Réduction de la facture énergétique et amélioration de la qualité de l’énergie dans les réseaux industriels.
• Innovation Technologique : Développement de prototypes de convertisseurs de puissance et de systèmes IoT adaptés aux besoins locaux.
• Collaboration et Partage : Mutualisation des données et des solutions entre chercheurs algériens pour accélérer l’innovation.

Étapes Clés du Projet

• Intégration de l’IoT pour l’enregistrement et le diagnostic dans un environnement industriel.
• Partage des données via des plateformes dédiées pour favoriser la collaboration entre chercheurs.
• Développement de solutions tolérantes aux défauts, notamment pour les convertisseurs de puissance.
• Optimisation de la qualité de l’énergie dans les réseaux industriels.

Secteurs d’Application

• Énergies Renouvelables : Solaire, éolien, hydraulique.
• Industrie : Traction électrique, gestion de l’énergie, compatibilité électromagnétique.
• Réseaux Électriques : Qualité de l’énergie, gestion des harmoniques, réduction des pertes.

Objectif Principal

Le projet a pour objectif la conception, l’optimisation et la réalisation d’un séparateur magnétique capable de purifier des minerais de fer contenant des éléments non magnétiques. Ce séparateur permettra d’extraire sélectivement des particules de fer de granulométrie micrométrique et de propriétés magnétiques différentes, en utilisant un champ magnétique généré par un tambour à configuration spéciale.

Contexte et Problématique

Les minerais de fer contiennent souvent des impuretés non magnétiques (comme le zinc) qui réduisent leur qualité et leur valeur marchande. La séparation efficace des particules ferromagnétiques (𝜇r >>) des particules paramagnétiques (𝜇r >>) nécessite un champ magnétique adapté et une configuration optimisée du séparateur. Ce projet vise à répondre à ce défi en tenant compte des contraintes techniques, économiques et opérationnelles.

Approche et Méthodologie

• Simulation du Problème de Séparation :
  • Adaptation des modèles existants pour simuler la séparation magnétique dans le contexte spécifique du minerai à traiter.
  • Introduction des nouvelles conditions de fonctionnement (granulométrie, propriétés magnétiques, concentration, etc.).
• Optimisation du Séparateur :
  • Optimisation globale du séparateur en tenant compte de plusieurs paramètres :
  • Granulométrie et nature magnétique des particules : Taille et propriétés magnétiques des particules à séparer.
  • Concentration des particules dans le minerai : Proportion des éléments magnétiques et non magnétiques.
  • Taux de traitement : Capacité de traitement en tonnes/heure.
  • État du minerai : Sec ou humide.
  • Coût d’investissement : Optimisation économique pour réduire les coûts tout en maximisant l’efficacité.
  • Intégration de nouvelles fonctions objectifs et contraintes liées au cahier des charges.
• Réalisation et Mise en Exploitation :
  • Conception et fabrication du séparateur magnétique.
  • Vérification des performances et validation des résultats.
  • Mise en exploitation du séparateur pour le traitement des minerais de fer.

Innovations et Solutions Proposées

• Tambour à Configuration Spéciale : Conçu pour générer un champ magnétique sélectif, permettant de séparer simultanément les particules ferromagnétiques et paramagnétiques.
• Optimisation Globale : Prise en compte des paramètres techniques et économiques pour maximiser l’efficacité de séparation tout en minimisant les coûts.
• Adaptation des Modèles Existants : Utilisation des travaux déjà réalisés pour accélérer le développement et réduire les risques.

Résultats Attendus

• Un séparateur magnétique performant et économiquement viable pour la purification des minerais de fer.
• Une amélioration significative de la qualité des minerais traités, avec une extraction efficace des particules de fer.
• Une réduction des coûts d’investissement et d’exploitation grâce à l’optimisation du design et des processus.

Applications et Impacts

• Industrie Minière : Amélioration de la qualité des minerais de fer, réduisant les coûts de traitement et augmentant la valeur marchande.
• Environnement : Réduction des déchets et des impuretés dans les minerais, contribuant à une exploitation minière plus durable.
• Économie : Diminution de la dépendance aux technologies importées grâce au développement local de solutions innovantes.

Objectif Principal

Le projet vise à concevoir et réaliser un onduleur de traction pour véhicules électriques, accompagné de sa commande numérique embarquée. L’objectif est d’optimiser l’interface entre les batteries et le moteur, en offrant une structure modulaire et robuste capable de fonctionner en mode dégradé pour augmenter la durée de vie du véhicule.

Contexte et Enjeux

Les véhicules électriques nécessitent des systèmes de conversion de puissance performants pour assurer une traction efficace et fiable. Bien que plusieurs types d’onduleurs aient déjà été proposés, ils font encore l’objet d’améliorations, notamment avec l’avènement des convertisseurs multi-niveaux. Ce projet se concentre sur la réalisation d’un onduleur deux-niveaux, en explorant différentes structures pour optimiser le rendement, l’adaptabilité et la compacité.

Approche et Méthodologie

• Partie Puissance :
  • Structure de l’Onduleur :
    • Conception d’un onduleur deux-niveaux, en explorant des structures avec des composants discrets et modulaires.
    • Sélection de la structure la plus rentable en termes de rendement, d’adaptabilité et de compacité.
  • Mesures et Capteurs :
    • Utilisation de Convertisseurs Analogiques Numériques (CAN) pour mesurer la tension et le courant fournis par l’alimentation de l’onduleur.
    • Communication des CAN avec la commande éloignée via une liaison série SPI.
    • Mesure du courant avec un capteur LEM HAIS-50P et de la tension avec un pont diviseur de tension.
  • Commandes Rapprochées :
    • Conception de circuits dédiés au pilotage des interrupteurs de puissance (bras d’onduleur).
    • Isolation des tensions de commande par la méthode bootstrap ou par isolation galvanique.
    • Intégration d’un temps mort entre les signaux de commande pour éviter les courts-circuits.
  • Isolation des Signaux :
    • Utilisation d’une interface d’isolation à base d’opto-coupleurs pour isoler les signaux entre la partie puissance et la partie commande éloignée.
• Partie Commande :
  • Commande Numérique :
    • Utilisation d’un système de calcul embarqué pour piloter les convertisseurs.
    • Étude d’une commande de type vectorielle pour le moteur, bien que cette phase fera l’objet d’une conception ultérieure.
  • Choix des Plateformes de Développement :
    • LAUNCHXL-F28379D : Kit de développement pour microcontrôleurs C2000™ Delfino™.
    • STM32 Nucleo-64 : Carte de développement avec STM32F303RE MCU, supportant la connectivité Arduino et ST morpho.
    • Xilinx Artix-7 FPGA : Pour une flexibilité accrue et des performances élevées.
    • Ces choix seront ajustés en fonction des besoins spécifiques du projet.

Innovations et Solutions Proposées

• Structure Modulaire : Permet un fonctionnement en mode dégradé, augmentant la durée de vie du véhicule.
• Optimisation du Rendement : Sélection de la structure la plus rentable en termes de rendement, d’adaptabilité et de compacité.
• Isolation et Sécurité : Utilisation de méthodes d’isolation (bootstrap, opto-coupleurs) et de temps mort pour éviter les courts-circuits.
• Commande Numérique Avancée : Intégration d’un système de calcul embarqué pour une commande précise et flexible.

Résultats Attendus

• Un onduleur de traction performant et robuste, optimisé pour les véhicules électriques.
• Une commande numérique embarquée capable de piloter efficacement les convertisseurs.
• Une structure modulaire permettant un fonctionnement en mode dégradé, augmentant la fiabilité et la durée de vie du système.

Applications et Impacts

• Véhicules Électriques : Amélioration de l’efficacité et de la fiabilité des systèmes de traction.
• Industrie Automobile : Réduction des coûts de développement et de maintenance grâce à une structure modulaire et optimisée.
• Environnement : Contribution à la transition vers des véhicules plus propres et plus durables.

Objectif Principal

Le projet vise à répondre aux défis liés à la recharge des batteries des véhicules électriques et à la gestion du stockage d’énergie à bord, tout en minimisant le temps de recharge grâce à l’optimisation des convertisseurs à découpage et des caractéristiques des batteries. Par ailleurs, il propose une solution durable pour anticiper les besoins croissants en énergie électrique induits par la généralisation des véhicules électriques, en intégrant des smart-grids alimentés par des sources d’énergie renouvelable (photovoltaïque ou éolienne).

Contexte et Enjeux

Avec la prolifération des véhicules électriques, deux défis majeurs émergent :

• Recharge des Batteries : Réduire le temps de recharge tout en optimisant l’efficacité du stockage d’énergie à bord.
• Impact sur le Réseau Électrique : Un parc de 5 millions de véhicules électriques pourrait nécessiter jusqu’à 5 GW de puissance supplémentaire, entraînant des pics de demande difficiles à gérer, notamment aux heures de pointe (8h, 12h, 18h). Ces pics pourraient fragiliser le réseau électrique, nécessitant des investissements massifs pour éviter les instabilités et les coupures de courant.

Approche et Méthodologie

• Optimisation de la Recharge des Batteries :
  • Convertisseurs à Découpage : Optimisation des convertisseurs pour réduire le temps de recharge tout en maximisant l’efficacité énergétique.
  • Caractéristiques des Batteries : Ajustement des spécifications des batteries pour améliorer leur capacité de stockage et leur durée de vie.
• Gestion du Stockage d’Énergie à Bord :
  • Développement de systèmes de gestion de l’énergie (BMS - Battery Management System) pour optimiser l’utilisation de l’énergie stockée dans les véhicules.
• Intégration des Smart-Grids Alimentés par des Énergies Renouvelables :
  • Points de Stockage d’Énergie : Mise en place de smart-grids alimentés par des sources d’énergie renouvelable (photovoltaïque ou éolienne) pour répondre aux pics de demande et stabiliser le réseau électrique.
  • Applications :
  • Aires de Repos : Installation de stations de recharge solaire le long des routes, notamment sur la transsaharienne.
  • Zones Isolées : Déploiement de solutions modulaires pour les zones éloignées du réseau électrique principal.
• Conception Modulaire du Système de Recharge Solaire :
  • Prototype de 15 kW : Conçu avec une architecture modulaire « string centralisé », composé de sous-unités de 5 kW.
  • Évolutivité : Possibilité de dupliquer les sous-unités pour atteindre des puissances plus élevées (par exemple, 45 kW avec 9 sous-unités de 5 kW).
  • Avantages :
  • Flexibilité et adaptabilité aux besoins croissants.
  • Réduction des coûts grâce à la standardisation des sous-unités.

Innovations et Solutions Proposées

• Smart-Grids Renouvelables : Intégration de sources d’énergie renouvelable pour stabiliser le réseau électrique et répondre aux pics de demande.
• Architecture Modulaire : Conception évolutive et flexible pour s’adapter aux besoins futurs.
• Optimisation des Convertisseurs : Réduction du temps de recharge et amélioration de l’efficacité énergétique.
• Gestion Intelligente de l’Énergie : Utilisation de systèmes de gestion de l’énergie (BMS) pour optimiser le stockage et l’utilisation de l’énergie à bord des véhicules.

Résultats Attendus

• Un système de recharge optimisé pour les véhicules électriques, réduisant le temps de recharge et améliorant l’efficacité énergétique.
• Des smart-grids alimentés par des énergies renouvelables, capables de répondre aux pics de demande et de stabiliser le réseau électrique.
• Une architecture modulaire évolutive, permettant une adaptation facile aux besoins croissants en énergie.

Applications et Impacts

• Véhicules Électriques : Amélioration de l’autonomie et de l’efficacité des batteries.
• Réseau Électrique : Réduction des pics de demande et stabilisation du réseau grâce aux smart-grids renouvelables.
• Environnement : Contribution à la transition énergétique en intégrant des sources d’énergie renouvelable.
• Économie : Réduction des coûts d’infrastructure grâce à une architecture modulaire et évolutive.

Objectif Principal

Le projet vise à concevoir et réaliser des maquettes pédagogiques pour les travaux pratiques (TP) liés aux unités d’enseignement de base et de spécialité en génie électrique. Ces maquettes, conformes aux normes internationales, seront conçues pour une utilisation intensive et intégreront des aspects pédagogiques tels que l’accès aux grandeurs pertinentes et leur visualisation, facilitant ainsi l’apprentissage et l’enseignement.

Contexte et Enjeux

Les travaux pratiques sont essentiels pour la formation en génie électrique, mais les maquettes existantes sont souvent coûteuses, peu flexibles ou obsolètes. Ce projet propose une solution open source pour créer des maquettes modulaires, économiques et adaptées aux besoins pédagogiques, tout en intégrant des technologies modernes comme l’impression 3D et la gravure de cartes PCB.

Approche et Méthodologie

• Conception des Maquettes :
  • Modules concernés : Électronique de puissance, machines électriques, électromagnétisme.
  • Normes et sécurité : Conformité aux normes internationales pour une utilisation sûre et durable.
• Fabrication et Prototypage :
  • Technologies utilisées : Impression 3D, graveurs CNC.
  • Partage des fichiers : Plateformes open source comme GitHub.
• Intégration Pédagogique :
  • Visualisation des grandeurs : Accès aux données pertinentes (tension, courant, puissance).
  • Supports vidéo : Tutoriels pour la conception et l’utilisation des maquettes.
  • Ateliers et workshops : Formation des enseignants et étudiants.

Innovations et Solutions Proposées

• Approche open source pour une reproduction facile et économique.
• Conception modulaire pour une adaptation à différents niveaux d’enseignement.
• Intégration du numérique : Impression 3D et graveurs CNC pour réduire les coûts.
• Pédagogie active : Implication des étudiants dans la conception.

Résultats Attendus

• Une bibliothèque de maquettes pédagogiques open source.
• Des maquettes conformes aux normes internationales.
• Une plateforme de partage (GitHub) avec fichiers, tutoriels et guides.
• Une communauté d’utilisateurs contribuant à l’amélioration continue.

Applications et Impacts

• Amélioration des conditions d’enseignement et d’apprentissage.
• Développement des compétences pratiques et de la créativité des étudiants.
• Réduction des coûts pour les établissements universitaires.
• Contribution à l’innovation pédagogique et au partage des connaissances.